《动物生化绪论》PPT课件.ppt

1,动物生物化学：概 述,2,课程简介：任课教师：刘丽博士，习欠云博士，张永亮教授,参考书：1、生物化学（高等教育出版社)作者：王镜岩等主编 出版社：高等教育出版社 上、下册定价：各56元,3,动物生物化学作者：欧阳红生 张永亮 汉丽梅主编 吉林科学技术出版社32元动物生物化学作者：邹思湘,4,二十一世纪：生命科学的世纪,5,什么是生物化学？,生物化学(biochemistry)是研究生命有机体化学组成和化学变化的科学，即研究生命活动化学本质的学科。,生物化学的发展历程,静态生化阶段：大约从十八世纪中叶到二十世纪初。1877年，Hoppe-Seyler首先使用“Biochemistry”这个词,生物化学作为一门新兴学科宣告诞生。,动态生化阶段：从20世纪初到20世纪50年代,分子生物学阶段：从1953年至于今。,6,生物化学的研究内容：1、生物体的化学组成、结构与功能 2、物质代谢及调控 3、遗传信息的传递与表达,7,生物化学的发展,20年代：微量分析技术导致了维生素、激素和辅酶等的发现。瑞典著名的化学家T.Svedberg奠基了“超离心技术”，1924年制成了第一台5000g（5000 r/min8000 r/min）相对离心力的超离心机，开创了生化物质离心分离的先河，并准确测定了血红蛋白等复杂蛋白质的分子量，获得了1926年的诺贝尔化学奖。,8,30年代：显微镜技术打开了微观世界，使我们能够看到细胞内的结构和生物大分子的内部结构,40年代：层析技术大发展，两位英国科学家Martin和Synge发明了分配色谱（层析），他们获得了1952年的诺贝尔化学奖。由此，层析技术成为分离生化物质的关键技术。,“电泳技术”是由瑞典的著名科学家Tisellius所奠基，从而开创了电泳技术的新时代，他因此获得了1948年的诺贝尔化学奖。,9,50年代：自1935年Schoenheimer和Rittenberg首次将放射性同位素示踪用于碳水化合物及类脂物质的中间代谢的研究以后，“放射性同位素示踪技术”在50年代有了大的发展，为各种生物化学代谢过程的阐明起了决定性的作用。,60年代：各种仪器分析方法用于生物化学研究，取得了很大的发展，如HPLC技术、红外、紫外、圆二色等光谱技术、NMR核磁共振技术等。1958年Stem，Moore和Spackman设计出氨基酸自动分析仪；1967年Edman和Begg制成了多肽氨基酸序列分析仪，到1973年Moore和Stein设计出氨基酸序列自动测定仪。,10,1962年，美国科学家Watson和英国科学家Crick因为在1953年提出的DNA分子反向平行双螺旋模型而与英国科学家Wilkins分享了当年的诺贝尔生理医学奖，后者通过对DNA分子的X-射线衍射研究证实了Watson和Crick的DNA模型。在X-射线衍射技术方面，英国物理学家Perutz对血红蛋白的结构进行X-射线结构分析,Kendrew测定了肌红蛋白的结构，成为研究生物大分子空间立体结构的先驱，他们同获1962年诺贝尔化学奖。,11,在60年代，层析和电泳技术又有了重大的进展，在19681972年Anfinsen创建了亲和层析技术，开辟了层析技术的新领域。1969年Weber应用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳技术测定了蛋白质的分子量，使电泳技术取得了重大进展。,70年代：基因工程技术取得了突破性的进展。Arber，Smith和Nathans三个小组发现并纯化了限制性内切酶；1972年，美国斯坦福大学的Berg等人首次用限制性内切酶切割了DNA分子，并实现了DNA分子的重组。1973年，又由美国斯坦福大学的Cohen等人第一次完成了DNA重组体的转化技术，这一年被定为基因工程的诞生年，Cohen成为基因工程的创始人，从此，生物化学进入了一个新的大发展时期。DNA序列测定仪、DNA合成仪等。,12,80至90年代：基因工程进入辉煌发展的时期 1980年，英国剑桥大学的生物化学家Sanger和美国哈佛大学的Gilbert分别设计出两种测定DNA分子内核苷酸序列的方法，而与Berg共获诺贝尔化学奖，从此，DNA序列分析法成为生物化学与分子生物学最重要的研究手段之一。1981年由Jorgenson和Lukacs首先提出的高效毛细管电泳技术（HPCE），由于其高效、快速、经济，尤其适用于生物大分子的分析，因此受到生命科学、医学和化学等学科的科学工作者的极大重视，发展极为迅速，是生化实验技术和仪器分析领域的重大突破，意义深远。1984年德国科学家Kohler、美国科学家Milstein和丹麦科学家Jerne由于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量蛋白质的检测技术而共享了诺贝尔生理医学奖。,13,1985年美国加利福尼亚州Cetus公司的Mullis等发明了PCR技术（Polymerase Chain Reaction）即聚合酶链式反应的DNA扩增技术，对于生物化学和分子生物学的研究工作具有划时代的意义，因而与第一个设计基因定点突变的Smith共享1993年的诺贝尔化学奖。,14,14,(Lin He and Gregory J.Hannon 2004),15,15,Genes can be regulated by miRNAs,microRNAs(miRNAs)get involved in critical biological processes by repressing the translation of coding genes.Previous study finds that more than one-third of human genome are regulated by RNA(Life science news,2005)Thousands of human genes are microRNA targets(Lewis et al.,Cell,2005)Previous analyses suggest that about 1%of all human genes are miRNA genes,which regulate protein production for 10%or more of all human genes(John et al.PLoS Biol,2,2004),16,转基因动物技术：,1982年第一只转基因“超级小鼠”的诞生,几个热点问题：,17,克隆动物：,18,1938年，德国科学家HansSpemann建议用成年的细胞核植卵子的方法进行哺乳动物克隆。1952年，英国的Briggs和King开始克隆青蛙，虽未能成功，但开始寻找克隆技术。1962年，英国剑桥大学的Gurdon宣布他用1个成年蛙细胞克隆出1只蝌蚪，从而引发了关于克隆的第一轮辩论。1965年，中国实验胚胎学家童第周完成了金鱼核移植并获得成功。1983年，美国科学家Mcgrath和Solter克隆出小鼠。1984年，丹麦科学家Willadsen用胚胎细胞克隆出1只羊，这是第一例得到证实的通过核移植技术克隆出的哺乳动物。1993年，美国的First用牛胚团细胞成功获得克隆牛。1996年，英国人IanWilmut成功获得体细胞克隆羊“多利”，这是世界上第一例利用成年体细胞核获得的克隆动物。1997年，中国学者孟励在美国用胚胎细胞克隆猴获得成功,19,1998年，日本科学家Kato等用牛的输卵管细胞得到克隆牛。1998年，美国人Yanagimachi领导的研究小组用克隆鼠的卵丘细胞核作供体，获得了克隆再克隆小鼠。1998年，一个多国联合科学小组用1个人的腿部体细胞与1个奶牛的卵细胞结合，成功克隆了1个人的胚胎，但只“生活”发育了12d就被有意毁掉。1998年1999年，美国人White用珍稀动物盘羊的体细胞核与牛卵结合；韩国的黄禹锡将白头山老虎体细胞核与牛卵结合；我国学者陈大元将大熊猫体细胞核与兔卵结合，均成功克隆出早期胚胎。2000年，美籍华裔学者杨向中领导的研究小组利用17岁公牛耳部皮肤的成纤维细胞成功获得克隆牛。2000年，美国科学家成功地克隆出首例灵长类动物一只恒河短尾猴“泰特拉（Tetra）”。采用胚胎分解的方法，将受精卵培育卵裂至8个细胞时将其分离，共分为4部分，并分别植入4个“代理母亲”子宫中，结果有一个“代理母亲”成功生下了“泰特拉”，这意味着克隆人类已没有技术障碍。,20,2000年6月22日，我国生物胚胎专家张涌在西北农林科技大学种羊场顺利接生了1只雌性体细胞克隆山羊“阳阳”。“阳阳”经自然受孕后，并于2001年8月8日产下一对混血儿女，雄性叫“欢欢”，雌性叫“庆庆”，都是体细胞克隆山羊“阳阳”与世界首批胚胎克隆山羊交配的后代。“阳阳”的生产可以证明体细胞克隆山羊和胚胎克隆山羊具有与普通山羊一样的生育繁殖能力。2001年，美、意科学家联手展开克隆人的工作，但遭到国际社会的普遍反对。,21,中国科学家首次用iPS细胞克隆出活体小鼠,2009年中国科学家周琪和高绍荣等人首次利用细胞（诱导多功能干细胞）克隆出活体实验鼠，从而证实细胞与胚胎干细胞一样具有全能性。,诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS cells）是利用病毒载体将四个转录因子（Oct4,Sox2,Klf4 和c-Myc）的组合转入分化的体细胞中，使其重编程为类似胚胎干细胞的一种细胞类型。,22,基因组学与功能基因组学,23,蛋白质组学研究方法：2-DE,24,Proteins fromcultured human cellsA=Derivative of B,25,基因蕊片技术：高检测量、微型化、自动化,26,高效液相色谱（HPLC）,可以操作各种层析技术分离和纯化各类生物分子系统压力高达3650psi，适合操作肽图等精确分析和小量制备应用自动化功能包括自动选液和选组份等检测功能包括多波长紫外/可见光、电导、pH、压力、温度、等等,27,生物化学研究史上的重大事件：,美国哈佛大学的Folin教授和中国的吴宪教授对生物化学常用的各种分析方法（血糖分析、蛋白质含量分析、氨基酸测定等）的建立作出了历史性的贡献。美国化学家Pauling确认氢键在蛋白质结构中以及生物大分子间相互作用的重要性等，他获得了诺贝尔化学奖。英藉德裔生物化学家Krebs，在1937年发现了三羧酸循环，对细胞代谢及分子生物学的研究作出了重要贡献，他与美藉德裔生物化学家Lipmann共获1953年诺贝尔生理医学奖。英国生物化学家Sanger还于1953年确定了牛胰岛素中氨基酸的精确顺序而获得1958年的诺贝尔化学奖。,28,1959年，美藉西班牙裔科学家Uchoa发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶，研究并重建了将基因内的遗传信息通过RNA中间体翻译成蛋白质的过程。他和Kornberg分享了当年的诺贝尔生理医学奖，而后者的主要贡献在于实现了DNA分子在细菌细胞和试管内的复制。美国生物化学家Nirenberg在破译遗传密码方面作出了重要贡献，Holly阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸排列顺序，后来证明所有tRNA的结构均相似。美藉印度裔生物化学家Khorana曾合成了精确结构的己知核酸分子，并首次人工制成酵母基因。他们3人共获1969年诺贝尔生理医学奖。法国生物学家Lwoff、JAcob和生物化学家Monod由于在病毒DNA和mRNA等方面出色的大量研究工作而共获1965年诺贝尔生理医学奖。,29,1983年，美国遗传学家McClintock由于在二十世纪五十年代提出并发现了可移动的遗传因子而获得诺贝尔生理医学奖。,Barbara McClintock女士於1902年6月16號生於美國康乃迪克州的Hartford。於1923年獲得學士學位，1927年獲得植物學的博士學位。他在早期的玉米雜交實驗（1931），證明當染色體發生cross over時確有物質的交換發生並會影響生物的遺傳特徵的重組在1983年她獲得了科學研究的最高榮譽，成為Nobel Prize生物醫學獎項下的桂冠得主，該年她高齡81歲。1992年去世。,30,1989年，美国科学家Altman和Cech由于发现某些RNA具有酶的功能（称为核酶）而共享诺贝尔化学奖。1993年，美国科学家Roberts和Sharp由于在断裂基因方面的工作而荣获诺贝尔生理医学奖。1994年，美国科学家Gilman和Rodbell由于发现了G蛋白在细胞内信息传导中的作用而分享诺贝尔生理医学奖。1995年，美国科学家Lewis、德国科学家Nusslein-Volhard和美国科学家Wieschaus由于在20世纪4070年代先后独立鉴定了控制果蝇体节发育基因而共享诺贝尔生理医学奖。,31,与生物化学相关的学科：分子生物学（molecular biology）：从分子水平研究作为生命活动主要物质基础的生物大分子结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。细胞生物学(cell biology)：是运用近代物理学和化学的技术成就,以及分子生物学的方法、概念,在细胞水平上研究生命活动的科学,其核心问题是遗传与发育的问题。分子遗传学（molecular genetics）：是在分子水平上研究生物遗传和变异机制的遗传学分支学科.经典遗传学的研究课题主要是基因在亲代和子代之间的传递问题;分子遗传学则主要研究基因的本质,基因的功能以及基因的变化等问题。,32,由生物化学的发展所产生的新兴学科：基因组学(genomics)：研究生物基因组和如何利用基因的一门学问.该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用,试图解决生物,医学,和工业领域的重大问题。结构基因组学、功能基因组学、后基因组学。蛋白质组学（proteomics）：蛋白质组(Proteome)是基因所能表达的全部蛋白质，更为清楚的表达是细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。具体说它是对不同时间和空间上发挥功能的特定的蛋白质组群进行研究，进而在蛋白质的水平上探索其作模式、功能机理、调节调控以及蛋白质组群内的相互作用，从而为临床诊断、病理研究、药物筛选、新药开发、新陈代谢途径研究等提供理论依据和基础。分子病毒学、分子免疫学、分子生理学、分子营养学、分子细菌学、分子病理学，等等，太多啦！,33,动物生物化学的特点及如何学好这门课1、理论性强，需要记忆的东西很多。要求多看书,34,2、系统性强，前后内容相互联系紧密。要求把前后内容联系起来。,三大营养素,共同中间产物,共同最终代谢通路,35,3、很抽象。要求充分发挥想象力。,36,4、很重要，是生物技术的基础。要求一定要学好。,37,四、动物生物技术的发展现状与趋势,今后10年,预计仅农业生物技术一项的全球销售额将超过3000亿美元。生物技术产业将成为21世纪新的经济增长点,是各国高技术竞争的热点。畜牧业生产的ACE原则：“ACE”原则,意即一切生产和产品必须对动物（Animal）有利,对消费者（Consumers）有利和对环境（Environ-ment）有利。,38,动物疫病：已演变为经济发达地区的政治问题,英国疯牛病大暴发 几乎挖空了英国的国库,1997年3月生猪口蹄疫袭击我国台湾岛,直接经济损失达15亿美元,间接经济损失近103亿美元。1997年末,荷兰爆发猪瘟,3个月内紧急处理活猪 1000万头,占荷兰养猪总数的23。仅政府和欧共体杀猪补贴就达到30亿美元。1998年,香港发生禽流感,特别行政区政府下令扑杀了6000万只鸡,顿时香港的养禽业陷入低谷,损失惨重。1999年,比利时发生二恶英毒鸡案,比利时蒙受的直接经济损失达3.55亿欧元,间接损失已超过10亿欧元。,39,生物技术革命解决畜牧业问题：遗传育种：培育出具有抗病能力强、生长快的新品种,提高动物品种的质量。我国已获得生长激素转基因猪的第2,3,4代共215头,其生产水平比非转基因猪提高20。获得乳腺特异表达外源基因的转基因羊49头。生长激素转基因鱼经组合传代,获得F1F5代10万余尾。利用生物技术可以研制安全的兽用抗生素 动物疫苗是预防动物群发病的根本措施 对动物疾病的研究：分子病原学 动物营养技术,40,我国生物技术发展现状：起步早,发展慢,技术落后：我国的生物技术产业大多还处于发达国家五、六十年代的水平。研究多,水平差,成果少,应用更少。生物技术企业生产设备落后。,41,动物生物技术发展的几个热点问题利用转基因动物生产人药用蛋白和营养保健品：1998年全球重组蛋白类药物总销售额估计为138亿美元，抗体的销售额超过20亿美元。美国在21世纪初的营养医用品市场大约为2500亿美元，而欧洲将超过这个数字，目前全球营养医用品市场的平均增长率超过187%，其中营养医用蛋白的发展潜力最大，已经成为营养医用品的支柱。动物基因诊断与分子育种：利用传统的方法进行动物品种改良，每推出一个鸡的品种品系或杂交组合大约至少需要4-6年，每推出一个猪的品种品系或杂交组合则至少需要8-10年，而每推出一个牛的品种则至少需要12-15年。动物基因诊断技术的成熟与应用，可以使每推出一个新品种品系或杂交组合的时间缩短2-3倍，品种的总体生产能力提高10%-20%。基因工程疫苗：,42,体细胞克隆技术：结合体细胞克隆技术对家畜的基因组进行修饰（包括knock-out和knock-in）无疑是未来5-10年的研究热点。动物生物制品：激素类、抗体类、核酸类。转基因育种：饲料生物技术：,43,祝大家学习快乐、成功！,